Дієтичний куркумін значно покращує запалення та діабет у мишей, пов’язані з ожирінням
Анотація
Ожиріння є основним фактором ризику розвитку діабету 2 типу, і в даний час визнано, що обидва стани мають значні запальні компоненти, що лежать в основі їх патофізіології. Ми перевірили гіпотезу, згідно з якою рослинна поліфенольна сполука куркумін, яка, як відомо, має потужну протизапальну та антиоксидантну дію, покращить діабет та запалення на мишачих моделях інсулінорезистентного ожиріння. Ми виявили, що дієтична домішка куркуміну покращує діабет у людей, що страждають ожирінням та страждають лептином, страждають ожирінням та страждають лептином, самцями мишей C57BL/6J, як визначають тестування на толерантність до глюкози та інсуліну та відсоток гемоглобіну A1c. Лікування куркуміном також суттєво зменшило інфільтрацію макрофагами білої жирової тканини, збільшило вироблення адипонектину в жировій тканині та знизило активність ядерного фактора κB печінки, гепатомегалію та маркери запалення печінки. Отже, ми робимо висновок, що куркумін, який потрапляє всередину, змінює багато запальних та метаболічних розладів, пов’язаних із ожирінням, та покращує глікемічний контроль на мишачих моделях діабету 2 типу. Ці або споріднені сполуки вимагають подальшого розслідування як нових допоміжних методів лікування діабету 2 типу у людини.
ВИСОКА РЕАЛЬНІСТЬ ожиріння є основною загрозою для здоров’я населення. Ожиріння є важливим фактором ризику розвитку інфаркту міокарда, інсульту, цукрового діабету 2 типу, раку (1,2,3,4,5), жіночого безпліддя (6,7,8) та ускладнень вагітності (9). Не дивно, що ожиріння також пов'язане із суттєвим зниженням якості життя, пов'язаного зі здоров'ям, та збільшенням витрат на лікування (10,11,12). З огляду на велике навантаження, що накладається ожирінням на добробут суспільства, необхідно розробити нові методи, які можуть зменшити його поширеність, а також повернути назад шкідливі фізіологічні зміни.
Є переконливі докази того, що великий компонент патофізіології, пов’язаної з ожирінням, може походити із слабозапального прозапального стану. Прояви цього прозапального стану включають посилену продукцію прозапальних молекул, таких як TNF-α, білок хемоаттрактантів моноцитів (MCP) -1, індуковану синтазу оксиду азоту та інгібітор активатора плазміногену-1 в жировій, печінковій та м’язовій тканинах та посилену активацію запальні сигнальні шляхи, такі як ядерний фактор-kB (NF-κB) та системи N-кінцевих кіназ Jun у цих тканинах. Біла жирова тканина у людей, що страждають ожирінням, запалюється гістологічно, з ознаками гіпоксії, підвищеної загибелі адипоцитів та інфільтрацією як макрофагів, так і цитотоксичних Т-клітин у стромальний судинний простір (13,14,15).
Цільові делеції декількох генів, важливих для опосередкування запальних реакцій, захищають від розвитку резистентності до інсуліну та гіперглікемії на мишачих моделях ожиріння. Деякі з цих генів кодують цитокіни, такі як TNF-α та MCP-1 (16,17). Нещодавно кілька досліджень показали, що порушення гена, що кодує вроджений рецептор імунної системи Toll-подібний рецептор (TLR) -4 у мишей, забезпечує захист від індукованого ожирінням запалення та резистентності до інсуліну (18,19,20,21,22). Крім того, інгібування передачі сигналів NF-κB з використанням високих доз саліцилатів або умовна делеція інгібіторної κB-кінази-β у клітинах мієлоїдної лінії забезпечує захист від індукованого ожирінням запалення та резистентності до інсуліну на моделях мишей (23, 24). І навпаки, стимуляція печінкової сигналізації NF-κB трансгеном є достатньою для збільшення місцевої печінкової продукції прозапальних цитокінів та системної інсулінорезистентності (25). Отже, сполуки, що послаблюють запальну реакцію, пов’язану з ожирінням, можуть виявитися корисними для медичного лікування пацієнтів з діабетом 2 типу.
Матеріали і методи
Дослідні тварини
Миші дикого типу та ob/ob самці C57BL/6J були отримані з лабораторії Джексона (Bar Harbor, ME). Мишей розміщували п’ятьох в клітці і підтримували 12-годинний світлий і 12-годинний темний цикл з вільним доступом до їжі та води. Отримавши у віці 8–10 тижнів, мишей об/об рандомізували для отримання стандартизованої дієтичної їжі з 4 мас.% Жиру (D12450B-I; Research Diets, Нью-Брансвік, Нью-Джерсі), що містить або 3 мас.% Домішки куркумін або відсутність добавки. Мишей дикого типу C57BL/6J отримували у віці 3–5 тижнів і рандомізували для отримання або стандартизованої дієти на 4% жиру за вагою, або дієти з високим вмістом жиру, що містить 35% жиру по масі (D12492-I; Дієти досліджень). У віці 20 тижнів ці миші дикого типу були додатково рандомізовані з урахуванням додавання до їх попередньо призначеного раціону 3% вагової домішки куркуміну або без добавки.
В якості куркуміну використовували Куркумін С3 Комплекс (Sabinsa Corp., Newark, NJ), який є 95% стандартизованим екстрактом куркуміну. Усі миші залишалися на призначеному їм раціоні, поки вони не загинули від задухи СО2 у віці приблизно 24–28 тижнів. Усі протоколи проводились згідно з керівництвом Національного інституту охорони здоров’я щодо догляду та використання лабораторних тварин і були затверджені Комітетом з догляду та використання тварин Колумбійського університету.
Аналіз складу тіла
Маси жиру та нежирної тканини розраховували на живих неанестезованих мишах за допомогою апарату ядерно-магнітного резонансу (ЯМР) (Bruker, Billerica, MA). Гранульовану їжу зважували щодня, щоб оцінити загальну кількість споживаної їжі на клітку на день, а потім розділили на 5, щоб оцінити середньодобову кількість споживаної їжі на мишу.
Тест на толерантність до глюкози
Після голодування у свіжих клітках протягом 16 год протягом ночі збирали приблизно 25 мкл крові на кінчику хвоста для встановлення рівня глюкози та інсуліну натще. Після цього всі миші отримували одну одиницю (0,01 куб. См) 20% розчину декстрози на грам маси тіла шляхом внутрішньовенного введення. Рівень глюкози в крові кінчика хвоста оцінювали за допомогою глюкометра Freestyle Flash (Abbott, Abbott Park, IL) через 15, 30, 60 та 120 хв. Зразки крові центрифугували при 14000 об/хв протягом 10 хв (4 С), а сироватки переносили в свіжі пробірки і заморожували при -80 С для подальшого аналізу інсуліну.
Тест на толерантність до інсуліну
Після голодування мишей протягом 6 год для стабілізації рівня глюкози та інсуліну в їжі було зібрано приблизно 25 мкл крові на кінчику хвоста для встановлення рівня глюкози та інсуліну натще. Потім миші отримували 1,5 од/кг звичайного інсуліну (Lilly, Indianapolis, IN) шляхом внутрішньовенного введення. Рівень глюкози в крові кінчика хвоста оцінювали за допомогою глюкометра через 15, 30, 45, 60 та 120 хв.
Імуногістохімія
Усі тканини фіксували протягом 12–16 год при кімнатній температурі в цинково-формаліновому фіксаторі (Z-Fix; Anatech Ltd., Battle Creek, MI) і вкладали у парафін. Тканину розрізали на ділянки розміром 5 мкм, розрізані з інтервалом 50 мкм, а потім встановлювали на заряджені скляні предметні стекла, депарафінізували в ксилолі та фарбували. Білі жирові предметні стекла фарбували макрофагом специфічним моноклональним антитілом F4/80, наданим Е. Річардом Стенлі (Медичний коледж Альберта Ейнштейна, Нью-Йорк, Нью-Йорк). Для кожного жирового депо миші було проаналізовано чотири різні поля великої потужності з кожного з чотирьох різних розділів. Для кожного поля підраховували загальну кількість ядер та кількість ядер клітин, що експресують F4/80. Частка клітин, що експресують F4/80, для кожного зразка була розрахована як сума кількості ядер клітин, що експресують F4/80, поділена на загальну кількість ядер у зрізах (SPOT, версія 3.3; Diagnostic Instruments Inc., Стерлінг Хайтс, Мічиган).